基于知識圖譜的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論教學(xué)內(nèi)容探討

洪琴

摘 要 針對物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的地位和作用，本文以劉云浩教授“物聯(lián)網(wǎng)概論”為重要參考，從物聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)出發(fā)，以知識圖譜的方式勾勒物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)內(nèi)容，幫助引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識了解物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)熱情。

關(guān)鍵詞 知識圖譜 物聯(lián)網(wǎng) 導(dǎo)論 教學(xué)內(nèi)容探討

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.050

Discussion on the Teaching Content of Introduction to

Internet of Things Based on Knowledge Map

HONG Qin

（South China Institute of Software Engineering， Guangzhou University， Guangzhou， Guangdong 510990）

Abstract In view of the status and role of Introduction to Internet of Things， this paper takes Professor Liu Yunhao's Introduction to the Internet of Things as an important reference， starting from the four-tier structure of the Internet of Things， outlines the teaching content of the introduction course of the Internet of Things in the way of knowledge maps， and helps guide students to understand and stimulate the enthusiasm of professional learning.

Keywords knowledge mapping; IOT; introduction; teaching content

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)（專業(yè)代碼080905）從屬于計算機類（專業(yè)代碼0809），與計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全等專業(yè)并列。[1]2018計算機類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程建議包括：離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、計算機組成、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、RFID、傳感器、嵌入式等，所涉課程或技術(shù)龐雜。各高校的教學(xué)探索與研究一直進行中，物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論作為專業(yè)先導(dǎo)課程，在有限的課時內(nèi)涉獵龐雜的技術(shù)，還得兼顧學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情激發(fā)和專業(yè)學(xué)習(xí)的入門引導(dǎo)，課程講授難度較大，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計與脈絡(luò)梳理至關(guān)重要，本文擬運用科學(xué)知識圖譜的方式探究物聯(lián)網(wǎng)的核心知識模塊及其關(guān)聯(lián)，形成課程教學(xué)內(nèi)容的知識圖譜。

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)按照信息的生成、傳輸、處理、應(yīng)用分為感知識別、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、管理服務(wù)、綜合應(yīng)用四個層次。[1]感知識別層主要功能是信息的采集與身份的識別。所涉技術(shù)如圖1所示，信息采集功能由傳感器節(jié)點或各種智能終端[1]實現(xiàn)，身份標(biāo)識功能由各種自動識別技術(shù)如：指紋、虹膜等生物識別技術(shù)及RFID、圖像識別等技術(shù)實現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層完成信息的傳輸。互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層的基礎(chǔ)，但是僅有互聯(lián)網(wǎng)是不夠的。互聯(lián)網(wǎng)好比高速公路，滿足主干城市之間的快速交通運輸;若想實現(xiàn)“門到門”的便利交通，還需要省道、縣道、城市道路的輔助。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，實現(xiàn)“最后一公里互聯(lián)互通”任務(wù)的是各種類型的無線接入技術(shù)。[1]如圖2所示，在物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程中，分析介紹現(xiàn)有的Wifi、ZigBee、藍(lán)牙、NB-IOT、Lora、5G的無線接入方式的組網(wǎng)方式與常見應(yīng)用場景，并分析它們的優(yōu)缺點。

圖1 感知識別層技術(shù)知識圖譜

圖2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層技術(shù)知識圖譜

管理服務(wù)層與綜合應(yīng)用層完成信息的處理與應(yīng)用。感知識別層獲取的大量數(shù)據(jù)信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳感層匯聚到管理服務(wù)層，通過有效的整合與分析，形成各種應(yīng)用的“智能化”的應(yīng)用。管理服務(wù)層包含的技術(shù)非常廣泛，如：海量數(shù)據(jù)存儲與云計算、云存儲、大數(shù)據(jù)、信息安全、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、智能決策、知識發(fā)現(xiàn)等，[1-8]如圖3所示，在物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程中，選取物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中常見數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，重點介紹其概念、技術(shù)特點與典型應(yīng)用領(lǐng)域，“導(dǎo)”出學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)所需關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)識，為后續(xù)云計算、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫等課程的開設(shè)做好鋪墊。

圖3 管理服務(wù)層技術(shù)知識圖譜

近年人工智能成為最新科技前沿的代名詞，[9]人工智能是程序算法和大數(shù)據(jù)結(jié)合的產(chǎn)物，對大量的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行分析、處理與學(xué)習(xí)，從而智能決策。物聯(lián)網(wǎng)的海量節(jié)點和應(yīng)用是人工智能的重要數(shù)據(jù)來源，人工智能是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能決策的實現(xiàn)的重要方式。結(jié)合各種典型應(yīng)用系統(tǒng)，介紹人工智能、AR與VR等專業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣也是課程的重要內(nèi)容。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，涉及用戶隱私的海量數(shù)據(jù)將被各類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備記錄，其數(shù)據(jù)安全隱患也愈加嚴(yán)重，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全風(fēng)險系數(shù)也被極具放大。[10]讓學(xué)生知道物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中有哪些安全威脅，了解感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層、甚至綜合應(yīng)用層分別存在哪些安全問題，了解密碼、數(shù)字簽名、訪問控制等現(xiàn)有解決技術(shù)的特點及其局限性，認(rèn)識待解決的各種安全問題，提升作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)所需安全意識，激發(fā)專業(yè)探索的熱情與使命感。

綜合應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的落腳點，智能建筑與智能家居、智能交通、智能農(nóng)業(yè)等綜合應(yīng)用案例以及物聯(lián)網(wǎng)大賽的優(yōu)秀學(xué)生作品將貫穿所有關(guān)鍵技術(shù)的講解，將案例拆解，形成與課程知識模塊相結(jié)合的典型應(yīng)用舉例，幫助學(xué)生將理論知識內(nèi)化。

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程是專業(yè)第一課，旨在“導(dǎo)”出物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念、技術(shù)基礎(chǔ)、體系架構(gòu)、應(yīng)用模式，幫助學(xué)生認(rèn)識專業(yè)核心技術(shù)、專業(yè)課程體系及專業(yè)能力要求。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課時短、內(nèi)容多[11]、技術(shù)雜、學(xué)生基礎(chǔ)無的特點，本文以劉云浩教授“物聯(lián)網(wǎng)概論”為重要參考，從物聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)出發(fā)，以知識圖譜的形式勾勒導(dǎo)論課程主要內(nèi)容，形成如圖4所示十講內(nèi)容，幫助明確物聯(lián)網(wǎng)的知識體系架構(gòu)，形成濃厚的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

基金項目：本文系廣東省高等教育教學(xué)改革項目（粵教高函[2018]180號）和廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院質(zhì)量工程項目（項目編號：ZYGXK201805）的研究成果

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